DE102022209143B3

DE102022209143B3 - Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec

Info

Publication number: DE102022209143B3
Application number: DE102022209143.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Michael Wechs; Johannes Kaltenbach; Thomas Riedisser; Peter Ziemer; Mladjan Radic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2042-09-03

Abstract

Es wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec (1), mit einer Tretkurbelwelle (Wan) als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle (Wab) als Abtrieb sowie zumindest fünf weiteren Wellen (W1, W2, W3, W4, W5), mit drei Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3), welche koaxial zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet sind, und mit sechs Schaltelementen (B1, B2, B3, F1, F2, F3) zum Realisieren von zumindest sechs Gängen (V1, V2, V3, V4, V5, V5.1, V6.1, V6.2) vorgeschlagen, wobei die Tretkurbelwelle (Wan) mit einem zweiten Element eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, wobei die Tretkurbelwelle (Wan) über ein viertes Schaltelement (F1) und über eine zweite Welle (W2) mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist, wobei die Getriebeausgangswelle (Wab) mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, wobei die Getriebeausgangswelle (Wab) über ein fünftes Schaltelement (F2) und über eine erste Welle (W1) mit einem ersten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, wobei ein zweites Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine vierte Welle (W4) mit einem dritten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, wobei ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, und wobei ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über eine dritte Welle (W3) und ein sechstes Schaltelement (F3) sowie über eine erste Welle (W1) mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist. Ferner wird ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest vier weiteren Wellen, mit einem Planetenradsatz und einem Stufenplanetenradsatz, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind, und mit fünf Schaltelementen zum Realisieren von zumindest fünf Gängen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2016 225 169 A1 ist ein Getriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec bekannt. Das Getriebe umfasst für die Realisierung von nur vier Gängen mindestens zwei Planetenradsätze, wobei davon notwendigerweise zumindest ein Planetenradsatz als bauraumaufwendiger Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist. Ferner sind mindestens vier Schaltelemente erforderlich. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Getriebes werden durch das Hinzufügen von zwei weiteren Schaltelementen und einem weiteren Planetenradsatz vier weitere Gänge realisiert. Aufgrund der vorgesehenen Verschaltung beziehungsweise Anbindung der verschiedenen Planetenradsätze ergibt sich bei dem bekannten Getriebe eine bauraumaufwendige Ausgestaltung.
DE 10 2018 208 387 A1 zeigt ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise als Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Getriebeeingangswelle als Antrieb und einer vorzugsweise koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordneten Getriebeausgangswelle als Abtrieb. Das Tretlagergetriebe umfasst zumindest vier vorzugsweise koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnete Planetenradsätze. Ferner sind zumindest vier Freilaufkupplungen und zumindest vier Bremsen, die auch als Freilaufbremsen oder dergleichen ausführbar sind, zum Realisieren von zumindest sechzehn Gängen vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ist ein Planetenradträger eines dritten Planetenradsatzes mit einem Sonnenrad eines vierten Planetenradsatzes verbunden, wobei ein Hohlrad eines dritten Planetenradsatzes über eine vierte Bremse festsetzbar ist und über eine vierte Freilaufkupplung mit einem Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes oder mit einem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist, wobei der Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle oder mit einem Radsatzelement als Ausgang eines zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes mit der Getriebeausgangswelle oder mit einem Radsatzelement als Eingang des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und wobei ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes über eine dritte Bremse festsetzbar ist und über eine dritte Freilaufkupplung mit dem Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes oder mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist. Das Mehrstufengetriebe kann bis zu 16 Gänge realisieren.
DE 10 2019 208 536 A1 zeigt ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec, welches eine Tretkurbelwelle als Antrieb und eine Getriebeausgangswelle oder dergleichen als Abtrieb sowie zumindest vier Planetenradsätze umfasst, wobei zumindest sechs Schaltelemente als zumindest zwei Freilaufkupplungen und als zumindest vier Bremsschaltelemente zum Realisieren von zumindest neun Gängen vorgesehen sind. Ferner sind ein erster Planetenradsatz und ein dritter Planetenradsatz als erstes Radsatzpaar sowie ein zweiter Planetenradsatz und ein vierter Planetenradsatz als zweites Radsatzpaar miteinander gekoppelt, wobei das erste Radsatzpaar und das zweite Radsatzpaar über eine Koppelwelle gekoppelt sind, wobei ein Radsatzpaar mit der Tretkurbelwelle, also mit dem Antrieb, und ein Radsatzpaar mit der Getriebeausgangswelle, also mit dem Abtrieb, direkt oder indirekt gekoppelt ist, wobei jeweils Sonnenräder der Planetenradsätze mit einem Bremsschaltelement gehäusefestsetzbar sind und wobei jedes Radsatzpaar über zumindest eine zugeordnete Freilaufkupplung verblockbar ist. Durch die Radsatzpaare werden sogenannte 2-Steg-4-Wellen-Radsätze gebildet, die aufgrund ihrer vorgeschlagenen Verschaltung eine besonders hohe Leistungsdichte bei möglichst hohem Wirkungsgrad realisieren.
US 2011 / 0 177 911 A1 zeigt ein Planetengetriebe für ein Fahrrad, das ein Eingangselement, einen ersten Planetenträger, ein erstes Planetenrad und einen zweiten Planetenträger, ein zweites Planetenrad, das jeweils an dem ersten Planetenträger gelagert ist, umfasst, wobei der erste Planetenträger drehfest mit dem Eingangselement verbunden ist und das zweite Planetenrad des ersten Planetenträgers mit dem Sonnenrad kämmt, das mit einer ersten Bremse in Eingriff ist, einen zweiten Planetenträger mit einem ersten Planetenrad des zweiten Planetenträgers und einem zweiten Planetenrad des zweiten Planetenträgers, wobei jedes Planetenrad an dem zweiten Planetenträger gelagert ist und der zweite Planetenträger mit einer zweiten Bremse in Eingriff steht, ein erstes Hohlrad, der mit dem ersten Planetenrad des ersten Planetenträgers in Eingriff steht, ein zweites Hohlrad, der mit dem ersten Planetenrad des zweiten Planetenträgers in Eingriff steht, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad ein Hohlradglied umfassen einen dritten Planetenträger mit einem ersten Planetenrad des dritten Planetenträgers und einem zweiten Planetenrad des dritten Planetenträgers, wobei jedes Planetenrad am dritten Planetenträger gelagert ist, ein drittes Hohlrad, das mit dem zweiten Planetenrad des zweiten Planetenträgers in Eingriff steht, wobei das dritte Hohlrad fest mit dem dritten Planetenträger verbunden ist, ein viertes Hohlrad, das mit einer dritten Bremse in Eingriff steht und mit dem ersten Planetenrad des dritten Planetenträgers in Eingriff steht, eine erste Einwegkupplung, die zwischen dem ersten Planetenträger und dem Hohlradglied in Eingriff steht, eine zweite Einwegkupplung, die zwischen dem zweiten Planetenträger und dem Hohlradglied in Eingriff steht, eine dritte Einwegkupplung, die zwischen dem dritten Planetenträger und dem vierten Hohlrad in Eingriff steht, und ein Abtriebselement, das mit dem zweiten Planetenrad des dritten Planetenträgers in Eingriff steht.
Die nachveröffentlichte DE 10 2021 209 258 A1 zeigt ein Tretlagergetriebe. Das Getriebe kann zum Bereitstellen verschiedener Gänge ausgebildet sein. Das Getriebe weist eine Planetenbaugruppe auf. Die Planetenbaugruppe kann zum Bereitstellen einer Übersetzung und jeweiliger Gänge dienen. Die Planetenbaugruppe kann beispielsweise einen oder mehrere Planetenradsätze aufweisen. Mit dem Getriebe kann ein Drehmoment von einem Eingang des Getriebes zu einem Ausgang des Getriebes übertragen werden. Beispielsweise ermöglicht es das Getriebe, eine langsame Rotation an einem Eingang, beispielsweise von einer Tretkurbel, in eine schnellere Rotation an dem Ausgang des Getriebes und damit beispielsweise an einem angetriebenen Rad des Fahrrads zu übersetzen. Jeder Gang des Getriebes kann eine Übersetzungsstufe bereitstellen. Bei jedem Gang kann ein festes mechanisches Übersetzungsverhältnis zwischen Eingang und Ausgang des Getriebes vorliegen. Das Getriebe kann eine hohe Getriebespreizung bei hohem Wirkungsgrad ermöglichen. Das Getriebe ist dazu ausgebildet, vier Gänge bereitzustellen. Diese Gänge können beispielsweise durch eine Betätigung jeweiliger Schaltelemente und alternativ oder zusätzlich jeweiliger Bremsen geschaltet werden. Einige der Schaltelemente können aber auch selbsttätig ihren Zustand wechseln, so dass bei diesen keine aktive Betätigung für einen Gangwechsel notwendig ist.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Tretlagergetriebe der eingangs beschriebenen Gattung mit möglichst geringem Bauaufwand und mit möglichst geringer Bauteilbelastung sowie mit besonders effektivem Verzahnungswirkungsgrad zu realisieren, wobei wenigstens fünf Gänge realisierbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beziehungsweise 12 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec vorgeschlagen. Das Tretlagergetriebe weist eine Tretkurbelwelle als Antrieb und eine Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest vier weitere Wellen auf, wobei der Abtrieb vorzugsweise über ein Kettenrad, ein Riemenrad oder dergleichen erfolgt. Ferner umfasst das Tretlagergetriebe einen einstufigen Planetenradsatz und einen zweistufigen Stufenplanetenradsatz, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind, und fünf Schaltelemente zum Realisieren von zumindest fünf Gängen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe. Um eine besonders effektive und bauraumgünstige Ausführung bei dem Tretlagergetriebe vorzusehen, ist die Tretkurbelwelle mit einem zweiten Element des Planetenradsatzes verbunden. Ferner ist die Tretkurbelwelle über ein viertes Schaltelement und über eine zweite Welle mit einem Stufenhohlrad des Stufenplanetenradsatzes verbindbar. Die Getriebeausgangswelle ist mit einem ersten Element des Planetenradsatzes verbunden. Ferner ist die Getriebeausgangswelle über ein fünftes Schaltelement und über eine erste Welle mit einem ersten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes verbindbar. Ein drittes Element des Planetenradsatzes ist mit einem Stufenplanetenradträger des Stufenplanetenradsatzes verbunden und ein zweites Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes ist über eine dritte Welle und ein drittes Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar.
Auf diese Weise wird mit der vorbeschriebenen Anbindung der nur zwei vorgesehenen Planetenradsätze und der nur fünf vorgesehenen Schaltelemente ein besonders einfacher und kompakter Aufbau mit Hilfe des Stufenplanetenradsatzes bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe realisiert. Hinzu kommen eine besonders geringe Bauteilbelastungen und ein vorteilhaft hoher Verzahnungswirkungsgrad aufgrund der geometrischen Übersetzungsreihe bei dem Tretlagergetriebe.
Zur mechanischen Verbindung von Elementen der Planetenradsätze werden vorzugsweise neben Antrieb und Abtrieb nur vier weitere Wellen oder wellenartige Elemente verwendet, wobei unter dem Begriff Welle nicht ausschließlich ein zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen ist, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die die einzelnen Radsatzelemente miteinander zur Drehmomentübertragung verbinden.
Um die bauraumgünstige Anordnung bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement die mit dem ersten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes verbundene erste Welle mit dem Gehäuse beziehungsweise mit einem drehfesten Bauteil oder dergleichen fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement die mit dem Stufenhohlrad des Stufenplanetenradsatzes verbundene zweite Welle mit dem Gehäuse fest verbunden ist, und dass bei geschlossenem dritten Schaltelement die mit dem zweiten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes verbundene dritte Welle mit dem Gehäuse fest verbunden ist. Ferner ist vorgesehen, dass bei geschlossenem oder gesperrtem vierten Schaltelement die Tretkurbelwelle mit der zweiten Welle verbunden ist, und dass bei geschlossenem oder gesperrtem fünften Schaltelement die Getriebeausgangswelle mit der ersten Welle verbunden ist. Durch die vorbeschriebene gehäuseseitige Anbindung der Elemente und die Anbindung der Elemente untereinander durch die vorgesehenen Schaltelemente als Bremsen und Freiläufe können die vorgesehenen Gänge bei sehr kompakter Bauweise des Tretlagergetriebes realisiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe vorgesehen, dass das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils als formschlüssige Bremse ausgeführt sind und/oder dass das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement jeweils als Freilauf ausgeführt sind.
Die als Bremsen ausgeführten Schaltelemente werden vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente beispielsweise als kostengünstige Schaltklauen oder dergleichen zum Beispiel mit einem verzahnten Bremsring und einer korrespondierenden Schaltklinke ausgeführt. Bremsen als Schaltelemente haben den Vorteil, dass diese zum Betätigen von außen ohne weiteres erreichbar sind. Da die vorgesehenen Freiläufe als Kupplungen eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn die Bremsen z. B. als einseitig wirkende Bremsen ausgeführt sind, um ein Verblocken des Getriebes bei Drehrichtungsumkehr am Antrieb oder am Abtrieb zu verhindern.
Vorzugsweise werden als Freiläufe nicht schaltbare Freiläufe verwendet. Dies hat den Vorteil, dass keine Schaltbetätigung bei den passiven Schaltelementen erforderlich ist. Der nicht schaltbare Freilauf überträgt ein Drehmoment, wenn dieser gesperrt ist. In der entgegengesetzten Drehrichtung wird kein Drehmoment übertragen. Es ist jedoch denkbar, dass auch schaltbare Freiläufe oder auch schaltbare Freilaufbremsen eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass der Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wodurch sich eine besonders bauraumgünstige Anordnung ergibt. Es ist auch denkbar, dass der Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenradträger- und Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Drehrichtung dreht.
Dies bedeutet für den Fachmann, dass bei dem als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsatz ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Planetenradträger beziehungsweise Steg und ein drittes Element als Hohlrad ausgeführt sind. Ferner bedeutet dies, dass bei einem als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsatz das erste Element als Sonnenrad, das zweite Element als Hohlrad und das dritte Element als Planetenradträger beziehungsweise Steg ausgeführt sind.
Um die Ansteuerung des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes weiter zu optimieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein Drehmomentsensor oder dergleichen an dem Antrieb und/oder an dem Abtrieb vorgesehen ist.
Um den Antrieb bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe elektrisch zu unterstützen, kann zumindest eine elektrische Maschine oder dergleichen mit dem Antrieb beziehungsweise mit der Tretkurbelwelle und/oder mit dem Abtrieb beziehungsweise mit der Getriebeausgangswelle verbunden oder verbindbar sein beziehungsweise fest oder lösbar angekoppelt sein. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beansprucht ein Fahrrad oder Pedelec mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
Es zeigen:

1 eine schematische Prinzipansicht eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec mit einem Minus-Planetenradsatz und einen Stufenplanetenradsatzes;
2 eine schematische Prinzipansicht des Tretlagergetriebes mit einem Plus-Planetenradsatz und dem Stufenplanetenradsatzes;
3 eine schematische Prinzipansicht des Tretlagergetriebes gemäß 1 mit einem angedeuteten Drehmomentsensor am Antrieb;
4 eine schematische Prinzipansicht des Tretlagergetriebes gemäß 3 mit einer beispielhaft am Antrieb angeordneten elektrischen Maschine;
5 eine schematische Prinzipansicht des Tretlagergetriebes gemäß 3 mit einer beispielhaft am Abtrieb angeordneten elektrischen Maschine; und
6 ein Schaltschema mit den schaltbaren Gängen bei dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe gemäß 1 bis 5.

In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungen anhand von schematischen Prinzipansichten eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec 1 lediglich beispielhaft dargestellt. 1 zeigt das schematisch angedeutete Fahrrad oder Pedelec 1 mit dem Tretlagergetriebe.
Unabhängig von den Ausführungen umfasst das Tretlagergetriebe in einem Gehäuse beziehungsweise Tretlagergehäuse 2 eine Tretkurbelwelle beziehungsweise Tretkurbel Wan als Antrieb mit den Pedalen und eine Getriebeausgangswelle Wab als Abtrieb mit einem nicht weiter dargestellten Ketten- beziehungsweise Riemenrad. Ferner sind vier weitere Wellen W1, W2, W3, W4 vorgesehen, die mit Elementen eines Planetenradsatzes PS und eines Stufenplanetenradsatzes StPS gekoppelt beziehungsweise verbunden sind. Die Elemente des Planetenradsatzes PS und des Stufenplanetenradsatzes StPS sind koaxial zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Zudem sind fünf Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 zum Realisieren von fünf Gängen V1, V2, V3, V4, V5.1, V5.2, V5.3 vorgesehen. Das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 sowie das dritte Schaltelement B3 sind jeweils als schaltbare Bremsen ausgeführt, während das vierte Schaltelement F1 und das fünfte Schaltelement F2 jeweils als nicht schaltbare Freiläufe ausgeführt sind.
Ferner ist bei dem Tretlagergetriebe vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle Wan mit einem zweiten Element des Planetenradsatzes PS verbunden ist, dass die Tretkurbelwelle Wan über ein viertes Schaltelement F1 und über eine zweite Welle W2 mit einem Stufenhohlrad SHR des Stufenplanetenradsatzes StPS verbindbar ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab mit einem ersten Element des Planetenradsatzes PS verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab über ein fünftes Schaltelement F2 und über eine erste Welle W1 mit einem ersten Sonnenrad SR1 des Stufenplanetenradsatzes StPS verbindbar ist, dass ein drittes Element des Planetenradsatzes PS mit einem Stufenplanetenradträger SPT des Stufenplanetenradsatzes StPS verbunden ist, und dass ein zweites Sonnenrad SR2 des Stufenplanetenradsatzes StPS über eine dritte Welle W3 und ein drittes Schaltelement B3 mit einem Gehäuse 2 verbindbar ist.
Der Stufenplanetenradsatz StPS weist einen Stufenplanetenradträger SPT auf, der erste Planetenräder als erste Stufe und zweite Planetenräder als zweite Stufe lagert. Die ersten Planetenräder weisen eine höhere Anzahl von Zähnen als die zweiten Planetenräder auf. Den ersten Planetenrädern ist ein erstes Sonnenrad SR1 des Stufenplanetenradsatzes StPS und den zweiten Planetenrädern ist ein zweites Sonnenrad SR2 des Stufenplanetenradsatzes StPS zugeordnet, während ein Hohlrad SHR des Stufenplanetenradsatzes StPS mit den zweiten Planetenrädern in Eingriff steht.
Mit der vorgeschlagenen Anbindung der Elemente des Planetenradsatzes PS und des Stufenplanetenradsatzes StPS sowie der Wellen Wab, Wab, W1, W2, W3, W4 und der Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 ergibt sich eine besonders bauraumgünstige Ausführung des Tretlagergetriebes.
Bezüglich der Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 ergibt sich bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement B1 die mit dem ersten Sonnenrad SR1 des Stufenplanetenradsatzes StPS verbundene erste Welle W1 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement B2 die mit dem Stufenhohlrad SHR des Stufenplanetenradsatzes StPS verbundene zweite Welle W2 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei geschlossenem dritten Schaltelement B3 die mit dem zweiten Sonnenrad SR2 des Stufenplanetenradsatzes StPS verbundene dritte Welle W3 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei geschlossenem oder gesperrtem vierten Schaltelement F1 die Tretkurbelwelle Wan mit der zweiten Welle W2 verbunden ist, und dass bei geschlossenem oder gesperrtem fünften Schaltelement F2 die Getriebeausgangswelle Wab mit der ersten Welle W1 verbunden ist.
In den 1 und 3 bis 5 ist der Planetenradsatz PS als bauraumgünstiger Minus-Planetenradsatz ausgeführt. Hierbei ist vorgesehen, dass als erstes Element ein Sonnenrad SR, als zweites Element ein Planetenradträger PT, und als drittes Element ein Hohlrad HR bei dem Planetenradsatz PS vorgesehen ist.
Im Detail ergibt sich hieraus, dass die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT des Planetenradsatzes PS verbunden ist, dass die Tretkurbelwelle Wan über das vierte Schaltelement F1 und über die zweite Welle W2 mit dem Stufenhohlrad SHR des Stufenplanetenradsatzes StPS verbindbar ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab mit dem Sonnenrad SR des Planetenradsatzes PS verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab über das fünfte Schaltelement F2 und über die erste Welle W1 mit dem ersten Sonnenrad SR1 des Stufenplanetenradsatzes StPS verbindbar ist, dass das Hohlrad HR des Planetenradsatzes PS mit dem Stufenplanetenradträger SPT des Stufenplanetenradsatzes StPS verbunden ist, und dass das zweite Sonnenrad SR2 des Stufenplanetenradsatzes StPS über die dritte Welle W3 und das dritte Schaltelement B3 mit dem Gehäuse 2 verbindbar ist.
In 2 ist der Planetenradsatz PS als Plus-Planetenradsatz vorgesehen, wobei sich bei dem Plus-Planetenradsatz eine Vertauschung von Hohlradanbindung und Planetenradträgeranbindung ergibt. Bei der Verwendung eines Plus-Planetenradsatzes ergibt sich der Vorteil einer höheren Flexibilität bei der Wahl der Übersetzungen. Beispielsweise wird aus einer Standübersetzung von z. B. i0 = -2,0 eine Standübersetzung i0 = +3,0.
In 3 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes gezeigt, bei der ein Drehmomentsensor 3 mit der Tretkurbelwelle Wan verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Beispielsweise kann ein scheibenförmiger Drehmomentsensor 3 am Getriebeeingang angeordnet werden. Der Drehmomentsensor 3 kann jedoch auch auf andere Art und Weise ausgeführt werden.
In den 4 und 5 ist jeweils eine Ausführung des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine EM dargestellt. Die elektrische Maschine EM kann an der Tretkurbelwelle Wan angebunden werden, wie dies in 4 angedeutet ist. Es ist auch denkbar, dass die elektrische Maschine EM an der Getriebeausgangswelle Wab angebunden wird, wie dies in 5 gezeigt ist. Die elektrische Maschine EM ist vorzugsweise achsparallel zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Es wäre jedoch auch eine koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine EM zur Tretkurbelwelle Wan möglich. Unabhängig, davon ist es vorteilhaft, die elektrische Maschine EM über einen Freilauf oder dergleichen anzubinden, damit beim Betrieb ohne die elektrische Maschine EM keine Verluste durch die mitdrehende elektrische Maschine EM verursacht werden.
In 6 ist beispielhaft ein Schaltschema für die in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungen des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes dargestellt. In dem Schaltschema sind die für den jeweiligen Gang V1, V2, V3, V4, V5.1, V5.2, V5.3 verwendeten Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 angegeben. Hierbei bedeutet ein X bei einem Freilauf F1, F2 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass der Freilauf sperrt. Dies funktioniert selbsttätig ohne äußere Betätigung. Ferner bedeutet ein X bei einer Bremse B1, B2, B3 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass die Bremse B1, B2, B3 geschlossen ist. Dies funktioniert über eine geeignete Aktuatorik.
Im Einzelnen ergibt sich aus dem Schaltschema gemäß 6, dass zum Realisieren eines ersten Ganges V1 das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines zweiten Ganges V2 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines dritten Ganges V3 das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines vierten Ganges V4 das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen ist und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines fünften Ganges V5.1 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 und das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen sind, dass zum Realisieren eines alternativen fünften Ganges V5.2 das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen sind und/oder dass zum Realisieren eines weiteren, alternativen fünften Ganges V5.3 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen sind.
Bezugszeichen

1: Fahrrad oder ein Pedelec
2: Gehäuse beziehungsweise Tretlagergehäuse
3: Drehmomentsensor
SR: Sonnenrad des Planetenradsatzes
PT: Planetenradträger des Planetenradsatzes
HR: Hohlrad des Planetenradsatzes
SR1: erstes Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes
SR2: zweites Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes
SPT: Stufenplanetenradträger des Stufenplanetenradsatzes
SHR: Stufenhohlrad des Stufenplanetenradsatzes
Wan: Tretkurbelwelle
Wab: Getriebeausgangswelle
EM: elektrische Maschine
W1: erste Welle
W2: zweite Welle
W3: dritte Welle
W4: vierte Welle
PS: Planetenradsatz
STPS: Stufenplanetenradsatz
B1: erstes Schaltelement als Bremse
B2: zweites Schaltelement als Bremse
B3: drittes Schaltelement als Bremse
F1: viertes Schaltelement als Freilauf
F2: fünftes Schaltelement als Freilauf
V1: erster Gang
V2: zweiter Gang
V3: dritter Gang
V4: vierter Gang
V5.1: fünfter Gang
V5.2: alternativer fünfter Gang
V5.3: weiterer, alternativer fünfter Gang

Claims

Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec (1), mit einer Tretkurbelwelle (Wan) als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle (Wab) als Abtrieb sowie zumindest vier weiteren Wellen (W1, W2, W3, W4), mit einem Planetenradsatz (PS) und einem zweistufigen Stufenplanetenradsatz (StPS), welche koaxial zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet sind, und mit fünf Schaltelementen (B1, B2, B3, F1, F2) zum Realisieren von zumindest fünf Gängen (V1, V2, V3, V4, V5.1, V5.2, V5.3), wobei die Tretkurbelwelle (Wan) mit einem zweiten Element des Planetenradsatzes (PS) verbunden ist, dass die Tretkurbelwelle (Wan) über ein viertes Schaltelement (F1) und über eine zweite Welle (W2) mit einem Stufenhohlrad (SHR) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbindbar ist, dass die Getriebeausgangswelle (Wab) mit einem ersten Element des Planetenradsatzes (PS) verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle (Wab) über ein fünftes Schaltelement (F2) und über eine erste Welle (W1) mit einem ersten Sonnenrad (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbindbar ist, dass ein drittes Element des Planetenradsatzes (PS) mit einem Stufenplanetenradträger (SPT) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbunden ist, und dass ein zweites Sonnenrad (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) über eine dritte Welle (W3) und ein drittes Schaltelement (B3) mit einem Gehäuse (2) verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 1, wobei bei geschlossenem ersten Schaltelement (B1) die mit dem ersten Sonnenrad (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbundene erste Welle (W1) mit dem Gehäuse (2) fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement (B2) die mit dem Stufenhohlrad (SHR) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbundene zweite Welle (W2) mit dem Gehäuse (2) fest verbunden ist, und dass bei geschlossenem dritten Schaltelement (B3) die mit dem zweiten Sonnenrad (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (StPS) verbundene dritte Welle (W3) mit dem Gehäuse (2) fest verbunden ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass bei geschlossenem oder gesperrtem vierten Schaltelement (F1) die Tretkurbelwelle (Wan) mit der zweiten Welle (W2) verbunden ist, und dass bei geschlossenem oder gesperrtem fünften Schaltelement (F2) die Getriebeausgangswelle (Wab) mit der ersten Welle (W1) verbunden ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Schaltelement (B1), das zweite Schaltelement (B2) und das dritte Schaltelement (B3) jeweils als formschlüssige Bremse ausgeführt sind und/oder dass das vierte Schaltelement (F1) und das fünfte Schaltelement (F2) jeweils als Freilauf ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Drehmomentsensor (3) mit der Tretkurbelwelle (Wan) verbunden ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine elektrische Maschine (EM) mit der Tretkurbelwelle (Wan) oder mit der Getriebeausgangswelle (Wab) verbunden oder verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 6, wobei die elektrische Maschine (EM) achsparallel zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz (PS) als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 8, wobei bei einem Minus-Planetenradsatz als Planetenradsatz (PS) das erste Element als Sonnenrad (SR), das zweite Element als Planetenradträger (PT) und das dritte Element als Hohlrad (HR) ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 8, wobei bei einem Plus-Planetenradsatz als Planetenradsatz (PS) das erste Element als Sonnenrad (SR), das zweite Element als Hohlrad (HR) und das dritte Element als Planetenradträger (PT) ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Realisieren eines ersten Ganges (V1) das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1) und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) gesperrt sind, dass zum Realisieren eines zweiten Ganges (V2) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1) gesperrt ist, dass zum Realisieren eines dritten Ganges (V3) das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1) gesperrt ist, dass zum Realisieren eines vierten Ganges (V4) das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) geschlossen ist und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) gesperrt ist, dass zum Realisieren eines fünften Ganges (V5.1) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) und das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) geschlossen sind, dass zum Realisieren eines alternativen fünften Ganges (V5.2) das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen sind und/oder dass zum Realisieren eines weiteren, alternativen fünften Ganges (V5.3) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen sind.
Fahrrad oder Pedelec (1) mit dem Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche.